高速铁道技术论文范文
时间：2022-09-10 17:45:06
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篇1
2课程结构实施安排
对于高职人才的培养目标，其实现的根本是依靠课程教学，其中合理、科学的课程结构是目前专业标准制定的核心，这一核心也是保证质量的标准，第一步就是对高铁专业的岗位群进行全面的调研，并针对高铁专业比较重要部门的职业能力要求，进一步分析岗位的工作特性以及工作任务，确定职业教育的领域范围，分析出相对应的应知领域，从这些方面分析出教育的大体规律，科学合理地进行课程的设置，以此在学习领域实施安排，体现高速铁道技术专业的特色。对于学习领域的课程结构设置，我们分为三个方面：公共学习领域、专业学习领域、素质拓展。其中能够突出专业学习针对性的是专业拓展学习领域。
2.1公共学习领域
第一，公共学习领域包括的课程范围是比较广的，主要课程有思想道德修养与法律基础、应用文写作、思想与中国特色社会主义理论体系概论、大学英语、计算机基础等。第二，专项素质学习领域主要是针对宏观的方面进行的学习，它所包含的课程有入学教育、安全教育、国防教育、军事理论、毕业教育以及大学生的职业发展与就业指导。
2.2专业学习领域
第一，专业基础学习领域包括工程力学应用、工程测量技术、工程识图与CAD、土木工程材料试验与检测、高速铁路精密测量、工程土质与土工试验。第二，专业拓展学习领域包括专业英语、工务模块、高速铁路工务维护、施工技术资料管理实务、工务安全应急管理、工务管理、铁路施工临时结构检算。第三，专业核心学习领域包括高速铁路隧道施工与维护、高速铁路路基施工与维护、高速铁路工程施工组织与预算、高速铁路轨道施工与维护、高速铁路桥梁施工与维护。第四，专业实训学习领域包括高速铁路施工实训、铁道概论、土工实训、概预算实训、毕业设计、高速铁路工务实训、新技术新工艺讲座。
2.3素质拓展领域
我们通过校园文化活动、科技技能活动、社会实践以及志愿服务活动来锻炼学生的交流创新能力、学生的组织能力和团队协作能力，素质拓展教育的目的是为了促进学生的综合素质的提高，使学生能够在各个领域全面发展，成为一个德才兼备、视野开阔、脚踏实地的人。
篇2
Abstract: This paper analyzes the technical requirements of high speed flow when the pantograph on catenary wire fork, combined with Zhengxi high-speed rail, analyzed the pantograph contact net group of cross line turnout design parameters, through the daily operation and repair work specific situation discussed the three groups showed no cross fork, main control points check measurement method, operation and maintenance technology.
Key words: high-speed rail; catenary; no cross crossing design; maintenance;
中图分类号：TM922.5文献标识码：A 文章编号：
1.前言
无交叉线岔可保证机车从正线高速通过，所以它的设计与运营维护是保证接触网高速运行的重要条件。本论文以徐兰客运专线郑西线为例，探讨三组无交叉线岔设计与维护过程的关键点：
徐兰客运专线郑西线是我国一条全线设计时速350Km/h的国产电气化客运专线。为确保动车组从正线上高速通过道岔时,受电弓在任何情况下均不与侧线的接触线相接触,动车组从侧线进入正线或从正线进入侧线时,受电弓能从侧线与正线接触线之间实现平稳过渡,不发生刮弓现象,在郑西线的站场侧线与正线相连的60kg/m钢轨1/41号高速单开道岔(简称41号道岔)采用三支无交叉线岔。经铁道部网检车和综合检测车现场检测,三支无交叉线岔符合高铁设计要求。 研究三支无交叉线岔的运营维护，对掌握高铁运行安全有着重要意义。
2.高速弓网受流对三支无交叉线岔的技术要求
2.1空间几何参数
2.1.1线岔的导高
动车组通过三支无交叉线岔时，受电弓始终保持与线岔的两支接触，这就对线岔处的三支导线的导高提出一个新的要求，始终要保持两支导线的平顺性，这才能保证列车高速通过时弓网的正常取流。
2.1.2线岔的拉出值
在三支无交叉线岔处,因要考虑到受电弓的有效工作宽度和受电弓在线岔处的水平晃动量等因素,所以对三支无交叉线岔每一点处每一支的拉出值的大小都有一个新的要求,防止受电弓通过线岔时导致因拉出值的不合适引起钻弓/打弓故障的发生
2.2 弓网动态接触力
弓网动态接触力一般按一个跨距为分析单位，分析参数有：最大值、最小值、平均值和标准偏差。各参数评判标准为：
最大值：Fmax=Fm+3ó（N）；
最小值：Fmin=20（N）；
平均值：Fm≤0.00097V2+70(N)；
标准偏差：ó≤0.3*Fm（N）
在双弓最小间距为160m的运行条件下,修正后的弓网间平均接触压力应低于图1的规定,最小接触压力应为正值,最大接触压力应低于300N,接触力标准偏差应不大于0.3Fm。因此线岔处的接触压力也要满足此条件。
图1 平均接触压力与速度关系曲线图
2.3抬升量
线岔悬挂点处接触线的抬升应符合EN50119（2001）的规定。正常运行时，最大跨距悬挂点处接触线计算和验证的抬升量不大于100mm；悬挂点处定位器自由抬升的设计范围至少应为计算抬升值的2倍。
综上所述，高速弓网受流系统对线岔的技术要求特别高，不仅从接触网的基本技术参数如导高拉出值等方面来评价弓网受流，还从接触力、抬升量等方面对高速铁路的线岔的技术提出了更高的要求。
3.郑西高铁受电弓与41号道岔结特征
3.1受电弓的基本技术参数
受电弓动态包络线：直线段左右摆动量250mm、上下晃动量200mm；
受电弓弓头宽度：1950mm；
受电弓工作宽度：1450mm；
受电弓工作范围：4950-5500mm;
滑板的最小宽度：1030mm；
滑板数量：2个；
滑板材质：碳；
受电弓静态接触压力：70±10N。
图2 受电弓机构示意图
3.2 41号道岔的结构特征
41号道岔用于中间站跨区间无缝线路的连接。 道岔采用43.090m长的60B40钢轨制造，全长L=140.599m,前端长度a=56.319m,后端长度b =84.280m。为弹性可弯接轨，接轨接端为插接式。
4. 三支无交叉线岔的布置原理
三支无交叉线岔为2条正线间的渡线道岔采用锚段关节式线岔图的接触网布置图。图3中，渡线电分段采用了四跨绝缘锚段关节形式（3#关节），以避免分段绝缘器产生的硬点影响。1#关节和5#关节为四跨非绝缘锚段关节，2#关节和5#关节为五跨非绝缘锚段关节（相邻2支悬挂各形成一个锚段关节）。图中编号②接触悬挂相对于另一正线而言为侧线支接触悬挂，编号③接触悬挂相对于另一正线而言所起作用与编号①作用相同，从B柱到C柱的区域为正线和侧线的转换区域（五跨关节的转换跨）。
图3 三支无交叉线岔平面布置图
当动车组在正线上运行时，受电弓不与编号③接触线接触，但在1#关节和2#关节处与编号②接触线存在转换过渡关系；当列车由正线驶入侧线时，受电弓首先在1#关节处由编号①接触线过渡到编号②接触线，然后再2#关节处（B柱到C柱之间）由编号②接触线过渡到编号③接触线，经过C柱以后完全驶离道岔进入侧线运行；当列车由侧线驶入正线时，受电弓首先在2#关节处（C柱到B柱之间）由编号③接触线过渡到编号②接触线，经过A柱以后在1#关节处再由编号②接触线过渡到编号①接触线，进而完全转入正线运行。
4.1三支无交叉线岔的始触区。由于三支无交叉线岔的重点是“三点”和始触区，它采用辅线、渡线及正线三线无交叉布置的方式，所以在始触区600-1050mm的区域内接触线不得安装任何线夹,包括定位线夹、吊弦线夹、电连接线夹等，交叉吊弦安装在550-600之间，但同时 “三点”的技术参数要满足要求，动车受电弓才可以平稳的从正线过渡到侧线，侧线过渡到正线。
4.2三支无交叉线岔“三点”的确定。无交叉线岔有两个关键定位点和一个等高点。平面布置时,应使侧线接触线和正线线路中心的距离大于两接触线间的距离。以郑西线的1/41号高速单开道岔, UIC 608 Annex 4a受电弓为例,如图3 弓头总宽度1950mm，弓头工作区为1450mm，受电弓最外端尺寸的半宽为725mm,水平摆动量为250mm(考虑350km/h速度),升高后的加宽为125mm。所以受电弓在侧线侧最外端可触及到的尺寸限界为:725+250+125=1100(mm)。郑西线三支无交叉线岔考虑到整个渡线及辅线的长度及道岔布置的对称性,单边采用两根道岔定位柱和两组硬横梁定位,如图4其中其中A点定位处正线拉出值50mm, 辅线居中,渡线拉出值350mm；B点为两内轨间距为800mm属于等高点，正线相对于侧线的拉出值满足1100mm，侧线相对于正线拉出值满足1100mm C点定位处正线拉出值350mm,辅线居中，渡线拉出值为350mm。，因而动车从正线高速通过岔区时,与区间接触网一样正常受流,不会触及侧线接触线,而与侧线接触悬挂无关。
图4 三支无交叉线岔“三点”平面示意图
由上面的分析可知,在受电弓由正线通过时,可以保证侧线接触线与正线线路中心间的距离始终大于受电弓的工作宽度之半加上受电弓的横向摆动量,因而正线高速行车时,受电弓滑板不可能接触到侧线接触线,从而保证了正线高速行车时的绝对安全性,并且在道岔处不存在相对硬点。
4.2.1动车由正线进入侧线线岔时。当机车从正线进入侧线时,在两轨间距为800mm的等高点处。因侧线线路中心相对于正线线路中心拉出值要满足1100mm受电弓滑板不可能接触到正线接触线上，受电弓滑过等高点后，侧线接触线比正线接触线高度又以4/1000坡度开始降低。因而,受电弓可以顺利过渡到侧线接触悬挂上。
4.2.2动车由侧线进入正线线岔时。当机车由侧线进入正线时, 在两轨间距为800mm的等高点处。因正线线路中心相对于侧线线路中心拉出值要满足1100mm受电弓滑板不可能接触到侧线接触线上，受电弓滑过等高点后,受电弓逐渐滑离侧线接触线,同时,侧线接触线高度又以4/1000坡度开始抬高,过等高点后,侧线接触线比正线接触线要高,所以受电弓能够顺利的过渡到正线接触线上。这时,受电弓将逐步脱离侧线接触悬挂而平滑地过渡到正线接触悬挂。
5. 三支无交叉线岔维护调整技术
5.1测量线岔。为掌握线岔技术参数及线岔变化情况，对三支无交叉线岔每季度进行测量一次，根据天气的变化适当增加测量次数。每次对始触区、交叉吊弦、“三点”的技术参数进行测量，如有不满足情况，对此处的导高及拉出值进行调整。
5.2拉出值的调整。如图4 等高点处的拉出值要满足1105mm，调整位置在等高点两侧的关键点，只要A点定位处正线拉出值50mm, 辅线居中,渡线拉出值350mm；B点处正线相对侧线线路中心为1100mm，渡线相对正线线路中心为1100mm；C点定位处正线拉出值350mm,辅线居中，渡线拉出值为350mm。正线拉出值允许偏差±10mm，侧线拉出值允许偏差±20mm。
5.3导高的调整。三支无交叉线岔侧线导线高度的调整应从等高点按着4/1000的坡度向两边顺坡。
5.4吊弦的检调。根据导高的调整预配吊弦的长度，以满足此处接触线的高度。
5.5继续测量线岔。对线岔各点的数据进行测量一遍，看始触区、交叉吊弦、“三点”的数据是否满足设计要求，不合适再次进行调整。
6.结论
本文通过高速取流时受电弓对接触网线岔的技术要求，分析了三支无交叉线岔设计的设计原理和维护的主要方法。在维护的过程中要特别注重对三支无交叉线岔拉出值的调整以及三支无交叉线岔导高平顺性调整的方法，对于高铁日常维护及确保高铁运行安全有着重要的参考价值。
参考文献：
〔1〕王章刊.浅谈接触网无交叉线岔调整.西安：西铁科技，2009（4）
〔2〕王作祥.客运专线影响接触网运行的几个关键环节.北京：电气化铁道，2007（1）
〔3〕于万聚.高速电气化铁路接触网.西南交通大学出版社，2003
篇3
1. 干料团现象
高速铁路板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(Cement and emulsified asphalt mortar, CA 砂浆)是由乳化沥青、水泥、细骨料、水和外加剂经特定工艺搅拌制得的具有特定性能的砂浆，分为CRTS（ChinaRailway Track System, 中国轨道系统）Ⅰ型和Ⅱ型两种[1, 2]。水泥乳化沥青砂浆采用灌注施工的方法，厚度为30~60mm，起支撑、调节、吸振等作用，是高速铁路系统的关键功能材料之一[3-7]。
新拌CA砂浆为具有较强流动能力、均匀分散的介稳悬浮体[8]。论文格式。其原料采用乳化沥青加干料的双组分模式，即液相原材料均添加于乳化沥青中，而固相的原料均添加于干粉砂浆中，此外，需加入一定量的水以调节砂浆的流动度。由于其含气量、分离度、工作时间等方面的要求，CA砂浆需用特定的搅拌装置并采用特定的搅拌工艺进行拌制。
CA砂浆一般的搅拌工艺为：先加入液料和水，搅拌一定时间；再加入干料；干料加完后高速搅拌一定时间；然后再慢速搅拌一定时间；再取样检测；检测合格后卸料。可笔者在施工过程中发现，施工一段时间之后，原先均匀砂浆中出现了一些小“疙瘩”，将“疙瘩”破碎后可看到灰白色未被润湿的干料，如图1所示。
图1 新拌CA砂浆中出现的干料团
未被搅散的干料团将对CA砂浆的质量产生严重影响。首先，它使砂浆实际的配合比受到影响，因为干料的局部集中将导致其他浆体中干料数量过少；另外，它将影响砂浆的力学性能，其力学的均匀性将因干料局部集中而改变，整体力学性能也将受到影响；此外，它将严重影响砂浆的体积稳定性和耐久性，未被分散的干料团在后期水化导致的体积变化将严重砂浆的体积稳定性，进而对砂浆耐久性产生影响。
2. 原因分析
由于此前并未出现过该现象，基本可以排除这是因搅拌时间不够导致的；另外，通过对原材料进行筛分和肉眼观察等，发现原材料中干料并没有因受潮而出现成团现象。在将这些因素排除后，笔者对砂浆搅拌车进行了观察，发现干料加料口粘料和搅拌机搅拌臂粘料是导致出现干料团的原因，如图2、3所示。
在图2中，干料加料口位于搅拌主机上方，当搅拌机载高速搅拌时，所飞溅起来的浆体将落至干料的加料口，并附在加料口表面。当搅拌下一盘CA砂浆，已通过计量的干粉被螺旋输送至加料口，粘在飞溅起来的CA砂浆表面，并没有完全落入搅拌主机内。随后，随着搅拌导致的振动等，部分干料才落入搅拌主机，但由于这部分干料搅拌时间不够，因此呈干料团状态。在早期，由于加料口较为洁净、平滑，口直径也较大，干料即使被粘住也很快落入搅拌主机中，但随着干料的越积越多，表面变粗糙，口直径也变小（图2），干料将很难短时间掉入搅拌机内。
在图3中，搅拌机采用三加一的叶片模式，叶片在绕搅拌中间的叶片轴转动外，还有主机的中心轴公转。论文格式。在加料时，由于叶片经过干料的加料口，部分料粘在搅拌臂上，随着搅拌臂的转动，部分干料才逐渐落入搅拌机内，而导致分散不均匀，出现干料团。同样在早期，由于搅拌臂较为洁净、平滑，且直径较小，不会出现干料团现象，但随着砂浆在搅拌上的积累与粘附，搅拌臂变粗、变粗糙，而导致了干料团现象。论文格式。
3. 防治措施
在经过干料团出现的原因进行分析后，我们对砂浆搅拌机的加料口和搅拌工艺进行了改进，有效的防止了新拌CA砂浆中干料团，如图4、5所示。
在图4中，笔者对加料口用橡皮套进行了延长，这样做有三个好处，首先，可以避免砂浆飞溅入加料口，而使加料干料结块，粘料甚至堵塞加料口（现场时有发生）；另外橡皮套伸至刚好与搅拌臂保持一定的接触，这样搅拌臂转至橡皮套时，可以拍打橡皮套，而使橡皮套的粘料落下，而不是在搅拌快完成时落下；此外，当橡皮套的永久性结料至一定厚度而影响使用时，只需将其换掉即可，不耽误工期，而不像原先的加料口，当料积至一定厚度必须全部清除才能继续生产。
图5为笔者进行二次高压进水改进后的搅拌臂，从图5可看出，改进后的搅拌臂上已经看不到会灰白色的干料。所谓二次高压进水，是指开始只加入少许水进行拌合，当干料加料完成后，再次加入一定量的水（已通过计量），并以高压的形式加入，以对搅拌主机叶片等进行清洗，这样可以有效地避免搅拌臂、叶片等部位粘料，起到了较好的效果。
此外，当干料因受潮等原因出现结块时，也会出现干料团现象，但此时以上的改进措施将很难防止干料团的出现。在结块程度较轻的情况下，可考虑降低加料速率、延长搅拌时间的方法。若结块程度较严重，废料或将干料过筛，也可起到防止干料团出现的作用。但最好的办法还是应对CA砂浆的原材料进行严格的存放，并缩短干料的存放时间，以防止干料受潮。
4. 结语
CA砂浆是高速铁路的关键功能材料，其好坏关系到高速铁路的成败，尽管目前我国的研究机构和施工单位已对其有较为深入的了解，但由于其复杂性、和敏感性，对其在实际工程的应用尚不能完全掌握，因此应在应用中不断的积累经验并加以改进。
参考文献
[1] 铁道部科学技术司. 客运专线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件[S].
[2] 铁道部科学技术司. 客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件[S].
[3] COENRAAD E. Recentdevelopment in slab track [J]. European Railway Review, 2003, 9 (2):81-85.
[4] SHIGERU M., HIDEYUKI T.,MASAO U., et al. The mechanism of railway tracks [J]. Japan Railway andTransportation Review, 1998, 3:38-45.
[5] TAKAI H. 40 yearsexperiences of the slab track on Japanese high speed lines [C]// Proc of 1stInt Cof. Valencia: Basque Department of Transport and Public Works EuskalTrenbide Sarea, 2007:234-246.
[6] MURATA O. Overview of recentstructure technology R&D at RTRI[J]. Quarterly Report of RITI (RailwayTechnical Research Institute), 2003, 44 (4):133-135.
[7] KATSUOSHI A. Developmentof slab tracks for Hokuriku Shinkansen line [J]. Quarterly Report of RITI(Railway Technical Research Institute), 2001, 42 (1):35-41.
篇4
ABSTRACT: The anti-skid according the experience to judge the operation of the shaft,and regulated the brake cylinder pressure. As the controlled device is very complex,especially the effect of random factors of wheel rail adhesion coefficient is too much, it is difficult to use the classical control theory to establish control model,this paper uses the fuzzy control theory of anti-skid control model and the simulation analysis,the simulation result shows the antiskid control effect is good.
KEYWORDS：anti-skid；adhesion/creep；fuzzy control；simulation
中图分类号：U260.37 文献标识码：A
1 国内外防滑器的研究现状
防滑器经过几十年的发展，经历了最初的机械式防滑器，后来的电子防滑器，到现在的第三代防滑器――微机控制的防滑器。随着现代科技的发展，如通讯技术、微电子技术、控制技术和网络技术的发展，世界发达国家的铁路客运争先进入了微电子的高速化时代，如日本新干线、德国ICE和法国TGV等，现在国外的高速列车已全部采用微机控制防滑器。
近年来我国防滑器的研制取得了很大的进展，但与国外先进水平还有一定的差距。同时，由于近几年我国铁路发展较快，防滑控制的很多参考条件也发生了很大变化，因此有待对其进行更加深入的研究。
2 轮轨间粘着分析
粘着――宏观上表现为轮轨之间的一种切向力，它是机车牵引与制动得以实现的最重要的物理现象。粘着力就是轮轨接触部分伴随蠕滑所传递的切向力。法国专家的研究成果表明：理想的粘着系数与滑移率的关系曲线具有两个极值点：点和点，如图1所示。
图1 粘着系数与滑移率关系曲线
在微观滑行(蠕滑)区，随着滑移率的增大，粘着系数在点(蠕滑力饱和点)达到极大值，此时滑移率约为1.5%；在宏观滑行区，随着滑移率的增大，粘着系数在点又达到另一个极大值，此时滑移率约为5%～25%。
3 基准速度的确定
（1）轴速检测
防滑控制系统的一切控制与动作都是以精确、灵敏与可靠的速度测量为前提的，通过安装在轴端的速度传感器产生速度脉冲信号，经过滤波、轮径补偿，计算可以得到车轮速度。轴速V按公式（1）计算。
(1)
（2）轮径补偿
为了消除轮对固有的转速差，应对轮径进行补偿。当车速超过13km/h且处于惰行时，将轴重变化较小的牵引电机的速度作为基准速度，并把其它轴的转速与基准速度进行比较，每个轴得到一个轮径修正比例因子，利用该比例因子可以基本消除车轴固有的轮径偏差对计算轴速的影响。
（3）基准速度的确定
在不是所有轮对都发生滑行的情况下，即车轮的减速度在允许的范围内时，比较机车六根车轴的速度，取速度最高者为基准速度。
当粘着条件极差，六根车轴速度都突然下降，此时车轮的最大线速度不能反映车速，这时将用一个替代的减速度来计算车速，直到速度最快的一根轴的速度超过计算的基准速度时，将最快的轴速作为基准速度。
4 防滑控制参数的比较
（1）速度差判据
速度差是车轴速度与基准速度的差值。当机车将要发生滑行时，该轴的转速必然低于其他轴的转速，当速度差达到滑行判断标准时，即认为该轴发生滑行，防滑器对其进行控制。实践表明，车轮在连续滑行时，宜采用速度差判据控制，它需要将所有车轴联系在一起，受速度范围的制约和由于车轮磨耗造成的轮对圆周尺寸的差特别敏感，因此速度差标准的制定很复杂。
（2）滑移率判据
滑移率是某一车轴的速度与基准速度之差值同基准速度的比值。当某一车轴的滑移率达到一定值时便判断为滑行。为了得到最大的轮轨粘着，必须使车轮保持一定的滑移率。滑移率太小，容易造成制动力不足；滑移率太大，又容易导致滑行。因此，一般把滑移率控制作为一个辅助控制。
（3）减速度判据
减速度是车轮速度在单位时间间隔内的变化量，减速度判据与其它轴无关，是独立的标准，它可以弥补速度差基准的不足，可检测出六根轴同时发生滑行的情况。
综上所述，本研究选取滑移率和减速度作为防滑控制参数。
5.防滑控制的MATLAB/SIMULINK实现
（1）求取防滑控制规则
模糊控制是一种基于规则的控制，只要对现场工作人员及专家的经验、知识以及操作数据加以总结、归纳就可以构成控制算法，不需要对控制对象建立精确的数学模型。
根据控制精度的要求，选择滑移率和减速度两个模糊变量的基本论域分别为：滑移率[0，0.26]、减速度[-4，+4]，滑移率量化论域{0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}，减速度的量化论域{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}，滑移率的量化因子K=6/0.26=23.08，减速度的量化因子K=6/4=1.5。
选取制动缸压力的调整量作为输出量U，U的论域[-1，1]，量化论域{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}，U的量化因子K=6/6=1。
从控制经验出发，用语言形式来表达模糊推理决策如下：
IF (滑移率正大) AND （减速度正大）THEN（制动缸压力调整量负大）……类似于上述推理可得到一系列控制规则，本文共有35条控制规则，汇总成模糊控制规则表，如表1所示。
表1 模糊控制规则表
本文仿真应用MATLAB模糊逻辑工具箱中的模糊控制器(Fuzzy Logic Controller)，将它嵌入到Simulink当中，调用模糊控制文件。通过FIS编辑器，可以确定输入、输出变量的维数，选择所使用的模糊化方法、解模糊方法及运算规则设定等。
（2）防滑控制模型的建立
为了研究防滑控制过程，车轮可简化成如图2所示的模型。
图2车轮受力模型
研究防滑时，只考虑车轮滚动引起的运行阻力和轮轨间滑动的摩擦阻力，忽略其它因素，根据轮轨间的动力关系得：
（2）
即：
式中FB在不同的情况下，取值不同。
根据数学公式建立如图3所示的滑行车轮模型：
图3滑行车轮模型
防滑控制系统仿真模型如图4所示，它由输入变量模块、模糊控制模块、制动缸压力模块、粘着限制和滑行车轮模块组成。
图4防滑控制系统仿真模型
(3)仿真结果及分析
设置整车初速度为200km/h，以一定的减速度减速，滑行车轮的减速度由滑行车轮模型得到，当系统的滑移率和减速度出现偏差时，系统通过调整制动缸压力调整滑移率和减速度，减小偏差，以达到防滑控制的目的。
如图5所示，仿真开始阶段控轮速度与整车速度存在一定的速度差，即存在一定滑行，但相对滑移率在允许的范围内。长时间的微小滑移，会形成滑行，此时，防滑器及时作出反应，通过调整制动缸压力调整制动力，有效防止了滑行。
图5速度曲线
如图6所示，制动缸压力初始调整量为65KPa，并一直作微量调整。当遇到大滑行时，制动缸压力能够大幅调整，当粘着有所改善，制动缸压力能够及时上升，以保证足够大的制动力。
图6制动缸压力调整量
图7制动距离曲线
如图7所示，在200km/h初速下，整车制动距离为1760米，加上3秒空走距离168米，实际制动距离为1928米，满足设计要求的2000m。而被控轮实际制动距离为1828m(1928-1828=100m)，共滑行100m，之所以滑行这段距离，是因为低滑移率时，为了更好地利用粘着，没有对滑移加以控制，从滑移率来看，这段滑行是允许的。
6 结论
本文针对200km/h客运电力机车制动工况，对车轮的受力情况进行分析，建立了车轮的制动动力学受力模型，并在此基础上应用仿真工具MATLAB/Simulink设计仿真模型，并对整个系统进行仿真，在仿真过程中，逐步优化控制规则和参数，从仿真的结果来看，取得了很好的防滑控制效果。
参考文献
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篇5
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.022
0 引言
随着我国“一路一带”战略的不断深入，轨道交通业得到了迅速的发展，而桥梁工程在线路工程中的比例也不断增加，桥梁作为其咽喉工程，面对频发的铁路安全事故，为保证人民的生命和财产安全，桥梁的安全性以及车辆的舒适性能至关重要。列车通过桥梁时将引起桥梁结构振动，而这种振动会反作用于车辆的振动，这种相互作用与影响称之为车-桥耦合振动[1]。这种相互作用，不仅与桥梁自身特性有关，而且还取决于车辆行驶速度、类型、编组情况、轮轨接触以及线路状况[3]。
车-桥耦合系统包括桥梁子系统和车辆子系统，用轮轨相互作用进行连接。车辆过桥时将产生振动，若这种振动超过一定的允许范围，则会影响列车的运行安全性和稳定性。如果正常的轮轨关系被破坏，将造成脱轨甚至车辆倾覆。对于桥梁结构，如果车辆过桥时发生共振，将会导致桥梁垮塌，造成严重的危害。现在各个国家对于车-桥耦合系统的评价执行各自的标准，本文旨在对各个标准进行比较，从而能够针对某一座桥梁的车-桥耦合系统进行分析时提供评判标准，不仅保证了桥梁的安全和稳定也对车辆安全和行车舒适提供了依据[2]。
1 车-桥耦合评价系统分类
整个耦合系统可以分为桥梁振动评价指标和车辆运行评价指标，其中桥梁振动评价指标又包括桥梁动力响应评价和桥梁自振特性评价，车辆运行评价指标包括车辆安全性与平稳性评价。
2 桥梁动力性能评定及标准
桥梁作为车辆通行的重要工具，其安全性直接影响到车辆的通行安全，不同国家都颁布了相关规范、准则对车辆通过桥梁时的动力性能进行评价，如欧洲铁路联盟（UIC）的“EUROCODE”规范，日本的《铁路结构设计标准》、《铁道构造物设计标准》（铁道综合技术研究所），德国的铁路设计规范，我国的《铁路桥梁检定规范》（铁运函[2004]120号）、《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-99）、《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）等规范都提出了相应的规定和限值。
2.1 桥梁自振频率
日本研究所[3]规定货车或客车范围内，桥梁横向自振频率在110/L与120/L之间。日本标准[4]规定对于高速铁路桥梁的竖向自振频率（单位为Hz）应大于等于55L-0.8。前苏联采用自振周期衡量桥梁横向刚度为：跨径小于150m时，T小于等于0.012L；跨径大于150m时，T小于等于1.8。我国规范[5]规定低合金钢桁梁桥横向自振频率为大于等于90/L。我国其他规范[6]给出桥梁自振频率限值为：
以上规范均表示跨度，单位m。
2.2 桥梁振幅和加速度
（1）桥梁横向振幅。日本国铁研究所[3]给出的限值为：货车速度时桥梁最大振幅在，客车速度时桥梁最大振幅在。我国规范[5]对低合金钢桁梁桥横向水平幅值限定为小于等于L/2.2B，表示跨度，单位m；为钢桁梁桥主梁中心距，单位m。
（2） 桥梁振动加速度.我国规范[7]对桥梁跨中竖向振动加速度规定为小于等于0.35g。我国规范[5]对桥梁结构横向振动加速度限值规定为小于等于0.14g。
2.3 桥梁变位标准
我国规范[8]规定车辆的新建、改建标准轨距的铁路桥梁，简支桁梁桥竖向挠度容许值限定为小于等于L/900。日本标准[4]规定时速为的电车及内燃动车荷载作用于的单跨桥梁时为小于等于L/900。
3 车辆振动性能评定及标准
车-桥耦合振动研究中对于车辆子系统的振动性能评定主要包括车辆运行安全性评定和车辆运行平稳性评定。车辆运行安全性主要根据脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等指标评定；车辆运行平稳性主要根据车体振动加速度（垂向、横向振动加速度）和平稳性指标评定。
3.1 车辆运行安全性标准
（1）脱轨系数。脱轨系数是作用在单侧车轮上的横向力和垂向力的比值，主要作用时防止轮对脱轨[9]，Nadal公式为：
式中，为车轮的轮缘角；为轮轨接触点处滑动摩擦系数；为单侧轮对的横向力；为单侧轮对的垂向力[9]。我国规范[10]对机车的脱轨系数规定： 小于等于0.6为优良。各国对脱轨系数的控制限值规定如下，欧洲铁路联盟小于等于1.2；德国高速试验小于等于0.8；日本提速试验小于等于0.8；北美铁路小于等于1.0。
（2）轮重减载率.轮重减载率为轮对横向力时，因一侧车轮严重减载导致脱轨的安全性指标。其值为减载侧轮对的轮重减载量与轮对的平均静轮重之比，记为。我国规范[11]对车辆的轮重减载率规定，小于等于0.65为危险标准，小于等于0.6为允许标准。我国其他规范[12]-[14]规定则为小于等于0.6。
（3）轮轨横向力。我国规范[11]对轮轨横向力Q的u价标准为：
式中，为同一个轮对上左右两个车轮横向力之和，单位为kN。欧美铁路根据试验，一般取0.4倍轴重作为横向力的允许限度，即要求[14]小于等于0.4Pw，为静轴重（kN）。我国其他暂行规定[14]限值为小于等于0.8kN。
（4）轮轨垂向力。德国规范规定轮轨垂向力小于等于170kN。我国规范[85]采用的设计动轮载为300 kN。
3.2 车辆运行平稳性标准
（1）车体振动加速度。我国规范[11]对车辆振动加速度指标规定：车辆的竖向加速度（m/s?）对于货车要小于等于0.70g，客车要小于等于0.20g；车辆的竖向加速度（m/s?）对于货车要小于等于0.50g，客车要小于等于0.15g。我国行业标准[10]对机车车体振动加速度指标的规定：机车车体竖向加速度（m/s?）小于2.45为优良，机车车体横向加速度（m/s?）小于1.47为优良。欧洲规范规定车体垂向振动加速度的评定标准：车体垂向振动加速度（cm/s?）小于100为优秀，小于130为良好，小于200为合格。
（2）舒适度指标。有ISO2627法、等舒适度评定法及平稳性评定法，其中，平稳性评定法即所谓的Sperling指标是应用最广泛的评定方法。
我国规范[11]给出了车辆的Sperling计算公式：
4 结论
（1）根据车-桥耦合系统振动的特点，对车-桥动力相互作用性能评价指标体系进行简要阐述；（2）结合欧洲规范、日本规范、我国规范以及试验研究成果给出了车-桥耦合振动研究的评价标准；（3）对桥梁动力性能各指标（自振频率，竖、横向振幅、竖、横向振动加速度等）提出相应的限值，形成统一的评价体系；（4）对车辆振动性能各项指标（安全性指标：脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力；稳定性指标：车体振动加速度（竖、横向）、Sperling指标）提出相应的限值，形成统一的评价体系。
参考文献：
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[9]向俊，曾庆元，周智辉.桥上列车脱轨的力学机理、能量随机分析理论及其应用[J].铁道学报，2004（02） .
[10]TB/T2360-93.铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准[M].北京：中国铁道出版社，1993.
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[12]95J01-L.高速试验列车动力车强度及动力学性能规范.北京：铁道科学研究院，1995.
篇6
随着我国城市化进程的加快，城市人口和机动车的快速增加已大大超过城市交通基础设施的最大承受能力，交通状况严重恶化。城市交通问题已经严重影响城市功能的发挥和城市的可持续发展。为此，1985年4月19日，国务院在国发[1985]59号文指出：“为解决城市交通拥挤问题，必须综合治理。……从长远来看，在一些大城市要考虑快速轨道交通和地下交通，以缓和地面交爱的紧张状况”①。到1998年，我国已有京、津、沪、穗四大城市拥有地铁，总通车里程约75km。1998年，广州市地铁2号线、深圳市地铁1号线和上海市地铁3号线相继获国家批准立项动工后，今年将有15个城市获国家立项。据最新统计，目前在建和计划建设的地铁共21条线，长350km，总投资预计达1400多亿元。另外，鉴于轨道交通成本巨大的特点，国家要求在今后建设地铁时，设备国产化率必须在70%以上②。
由于我国轨道交通建设处于起步阶段，有必要澄清轨道交通的概念、性质和特点，学习国外和境外的先进经验，加以总结，避免重大决策失误，更好地为我国今后大规模的轨道交通建设服务。
1、城市轨道交通的概念
现在国内在轨道交通概念方面存在诸多的混淆，比如认为地铁必定是在地下行驶的交通工具，却不知国外地铁有的部分在地面、甚至在高架行走，例如，新加坡有2条地铁线，48个站（15个地下、32个高架和1个地面站），83km（其中地下19km、高架60.2km和地面3.8km）③。而我国现在地铁几乎是全地下结构，导致成本居高不下，如广州市地铁1号线，建设成本高达8～9亿元/km！轨道交通特征和概念的模糊不清可能会影响我国新的交通设施的规划、建设和营运，不仅造成重大经济损失，而且影响城市的健康发展。
快速轨道（Rapid Rail Transit or Rail Rapid Transit）是城市地下铁道（地铁）、轻型轨道交通（轻轨）、单轨（独轨）交通、有轨电车、新交通（new transport system， NTS）、高速磁浮列车和市郊（郊区）列车（通勤列车）等城市轨道交通的统称④。其共同特点是：运量大、速度快、安全可靠、准点舒适，可以在地面、高架和地下、半地下（open cuttings）的轮轨上行驶。轮轨系统一般有钢轮一钢轨系统和胶轮一混凝土轨系统两大类，世界上轨道交通主要以钢轮一钢系统为主，我国也不例外。轨道交通通常以电力驱动（直流电、交流电或线性电机传动，电压有600V，750V或1500V），一架空线网受电或第三轨（侧轨）受电，自动或人工操作控制。城市轨道交通的站距一般在市区1km左右，在郊区2km左右。但是，城市或区域之间的高速铁路站距较大，否则达不到200km/h以上的运行速度。
地铁（subway， metro， the underground），是地下铁道的简称，别名有地下铁（mass transit railway， MTR）、重轨（heavy rail）、快速轨道（rapid rail）、大都市铁路（metropolitan railways）。地铁可以在地面、高架和地下运行，有人把行驶在高架轨道上的地铁称为（高架地铁）。地铁是大容量的客运工具，高峰单向容量为3～7万人次/h，量大运行速度达120km/h，平均营运速度为30～45 km /h，这与站距有关。地铁需要道路完全隔离和封闭，从而确保了快速和准时，但线路一旦建成，更改非常困难，只能考虑延长线。地铁由于建设成本非常高昂，一般由市政当局或公共公司所拥有。地铁的信号和控制系统很复杂，用以满足地铁的快速和发车时间间隔。车站一般比较宽敞，高站台、有电动扶梯，有利于乘客上下地面。地铁一般位于城市核心区或城市内环路之内。
轻轨（LRT）是轻型轨道交通（light rail transit）的简称，是由原来的有轨电车（streetcar、trams or tramway）演变而来的。1978年3月在布鲁塞尔召开和第一届国际轻轨交通会议上统一了轻轨的称谓，英文简写LRT，认为轻轨交通的荷载比地铁和常规列车轻⑤。根据轻轨定义，独轨（单轨）交通、新交通系统（New Transport System）、轻轨地铁（Light Metro）、轻型快速交通（Light Rapid Transit）、高架线性系统等都属于轻轨范畴。轻轨线路有地面、高架和地下线，地下线比较少见。轻轨建设成本为地铁的1/3～1/5[7]。轻轨一般位于城市内环路之外。
市郊（通勤）铁路（commuter rail）担负着大城市市区与郊区卫星城镇或社区之间的客运联系，一般与地铁站或轻轨站有方便的换乘关系。通勤铁路以架空线网供电，站距长、速度快。它属于重轨交通，与货运列车的兼容性强。
高速铁路指导运行于大城市或区域之间，甚至国家之间的高速轨道交通，如欧洲之星（TGV）、日本的新时速、中国的广深准高速列车，营运速度在200以上，最大速度达350km/h。新研制的磁浮高速列车，时速将达500km/h。一般把高速铁路归为区域或国家铁路系统，所以狭义上说不是城市轨道交通的研究范围。
2、城市轨道交通的基本特征
目前，世界上拥有城市轨道交通的城市有320多个，其中有地铁的占5%，有地铁和轻轨的占11%，有轻轨和有轨电车的占84%，全世界轨道交通的营运线路长达5200km。发展中国家发展很快，目前有730多km的营运线路，占全世界的14%④⑦。轨道交通在世界上的分布情况，见图1⑧。
轨道交通与其他交通模式的特征比较见表1和表2。
综上所述，小汽车机动性强，从门到门，但是道路面积大，综合运能不大，能耗大，污染严重；公共汽车机动性好，基础工程简单，成本低，能耗虽然不大，但是综合运行速度慢，影响运能，污染大；有轨电车工程造价低，能耗低，成本低，无空气污染，运行速度慢，运能提不高；轻轨运量和运行速度均较大，安全、准点、能耗低、无污染，造价比地铁低，但是占用地面空间；地铁运量大，运行速度大，安全、准点、能耗低、无污染，不占用地面空间，工程造价高，但是综合效益好。
3、因素分析
3.1线路类型
线路类型影响轨道交通的营运速度和容量、服务质量和投资成本。根据线路的隔离和封闭程度，可以分为三种类型：
A型线路：全封闭、无平面交叉、具有专用的路权（exclusive rights-of-way），如地铁线路，营运速度30～45km/h；
B 型线路：大部分线路处于封闭和隔离状态，有部分平面交叉口。在交叉口，轨道交通优先通过，以确保快速的营运速度，具有大部分的路权（substantial rights-of-way），如轻轨线路，营运速度25～35km/h；
C型线路：只要小部分线路处于封闭或隔离，与其他交通混行，有大量的平面交叉口，如有轨电车和常规公交车线路，营运速度14～18km/h。
三种类型线路与服务质量和投资成本关系见图2。
服务质量
从图2可知，A型线路比B、C型线路具有更高的投资成本和服务质量，但是它占地更多，线路更改更加困难，弹性小。
线路类型在轨道交通中的应用见表4。
3.2 线路结构形式
线路结构形式有地面或半地面分级、高架轨道和地下轨道三种形式。线路在垂向的结构形式对轨道交通的建设成本影响最大。世界轨道交通建设经验表明，一般情况下，地面结构与高架、地下结构的投资成本的比例，大致在1：2：6的关系。如果建设一条15km长的轨道交通，在地名分级系统约3.3亿美元，高架6.6亿美元，而地下结构则高达20亿美元。特别是地下结构，成本与当地的地质水文条件、施工方法、车站规模等关系很大，但是与轨道交通技术水平影响不大。轨道交通结构形式与建设成本（含设备）的关系如表5。
为了更清楚地说明线路结构对建设成本的影响，表6列出了世界一些大城市的轨道交通成本情况。
3.3系统技术类型
轨道交通之间的技术差别主要是列车的控制方式。根据轨道交通的控制方式，大致可以很分为三种技术类型：①司机控制的交通系统；②自动控制的钢轮一钢轨系统；③人工/自动联合控制的交通系统，如有轨电车、胶轮系统等。
自动控制系统与司机控制的系统相比，具有如下优点：
·可在地面、地下和高架行驶，车道窄、占地少；
·噪声低、无空气污染、卫生清洁；
·性能优、安全可靠、车辆耐用、易维修；
·因多节车辆编组，容量大、劳动生产率高、能耗低、单位营运成本低；
表6 案例城市轨道交通建设成本（12）（1983）
其主要缺点如下：
·与其他交通兼容性差，在地面行驶问题更多；
·只能在轨道上行驶，线路在低密度区不经济；
·改线或更改调度灵活性差、车辆更新困难（因车辆寿命长）
·投资成本高
胶轮系统指橡胶轮胎（充氮气）在钢筋混凝土轨道上运行，并附有钢轮一钢轨作用，以防万一胎破裂，目前已经在巴黎、蒙特利尔、阿德莱得、墨西哥和日本的Sapporo用。胶轮系统与钢轮一钢轨系统比较有明显的特点：噪声小、爬城能力大（最大7%，而其他5.5%）、能大、控制系统复杂、造价高，只能在全封闭的轨道上行驶。
3.4营运服务类型
在分析和选择轨道交通模式时，发车频率（间隔）和列车容量是必须考虑的重要因素。发车频率和容量影响轨道交通系统以及乘客的成本费用。如果发车间隔长，营运成本就低，但是增加了乘客的等待时间成本。从理论上来说，全自动控制系统确保了列车的高容量。客运量与发车成正比，因为发车频率（一般30～120次/h）提高可以增加轨道交通的吸引力。但是，发车频率与车站设施、列车速度、安全程度等有关。单位营运成本与客运量的关系曲线，见图3。当列车频率一定（如30次/h）时，列车容量增加，客运量也增加。随着客运量的增加，总营运成本（包括轨道交通系统成本和乘客时间成本）下降，但是当列车容量一定的情况下，存在一个最佳客运量，此时，总成本最小。
4、结语
我国对轨道交通的特征描述过于笼统，缺乏详尽的对比分析。在轨道交通的概念和内涵方面，也比较模糊、不确切。由于特征和适用性了解不透，特别可行性研究不深，导致有些城市轨道交通规划随意性大，一会儿上地铁、一会儿上轻轨，线网规模大大超过预期的发展水平，为了获得立项，客运量也常常过高估计。在社会主义市场经济条件下，市政府是轨道交通巨额投资的主体，如果决策失误，市政府将永远背上沉重的财政包袱。世界经验表明，只有满足经济实力（包括经济潜力）和人口密集两个重要条件，才能上轨道交通，如北京、上海、天津三座直辖市，副省级市广州、深圳已经满足条件；而新直辖市重庆位于内陆，尽管人口密集，但是经济实力弱，地铁中途停工就是最好的说明。每个城市应该根据当地的实际情况，苦练内功，加强轨道交能特征比较研究，选择正确的交通模式和线路结构，才能促进城市交通健康发展。
参考文献
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②南方日报，1996—06—07
③http：//WWW.Subway.net
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⑤良，轻轨技术讲座概要，中国市政工程1997[4]，51～56
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⑦包宗华，中国城市化道路与城市建设，北京：中国城市出版社，1995
⑧Pushkarev， B. S.， Urban Rail in America， Indiana University Press，1982
⑨谭复兴、翁梦雄，上海市区高架轨道交通系统模型及车辆选型的研究。城市轨道交通学术研讨会论文集，北京：中国铁道出版社，1997，P100～105
⑩Vuchic， V. R.， Place of Light Rail Transit in the Family of Transit Mode. TRB Report 161，1975，P62-75
篇7
摘要：目前有砟轨道在我国高速铁路中占有重要地位，研究有砟轨道质量状态的发展对高速铁路的养护维修工作具有重要意义。从轨道不平顺指数方面对胶济客运专线的轨道检查数据进行了分析，发现单项指数中高低、轨向、水平和三角坑的影响相对较大，维修周期内轨道TQI指数在上下波动的同时逐渐增大并呈线性增长趋势，TQI指数增加到7左右时安排大机维修作业较为合理，大机维修作业后轨道TQI指数可以降低到4.5左右。
关键词 ：胶济客运专线；有砟轨道；轨道质量
中图分类号：U213.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0229-02
作者简介：张紫菱（1990-），女，河南周口人，天津铁道职业技术学院，助教，硕士，研究方向为高速铁道技术。
0 引言
随着高速铁路的发展，高速、重载的要求使得轨道线路的维修工作变得日益艰巨，研究轨道质量状态的发展规律对指导线路维修具有重要意义。轨道检查是评估轨道质量状态的重要方法，也是工务部门合理制定养护计划的重要手段。本文通过研究胶济客运专线的轨道检测数据对其轨道状态进行分析，并对其养护维修工作提出合理建议。
1 线路概况
胶济客运专线东起青岛，向西经潍坊、淄博至济南，是“四横”客运专线的重要部分。胶济客运专线正线全长361.7km，正线数目为双线，最小曲线半2200m，速度目标值为200至250km/h，区间直线段线间距不小于4.4m，最大限制坡度一般为12‰，最小竖曲线半径15000m，到发线有效长度为700m，牵引种类为电力牵引。胶济客运专线新建路基采用A、B组填料进行填筑，表层60cm采用级配碎石填筑，一次铺设跨区间无缝线路，正线采用60kg/m钢轨、Ⅱ型弹条扣件、Ⅲa型有挡肩混凝土枕、一级碎石道碴。
2 轨检数据
轨道检查分为静态检查和动态检查。相对于静态检查而言，动态检查是在轨道受到列车实际动载的情况下进行检测的，因此更能精确反映列车运行中的轨道质量状态。综合轨道检测列车是我国获取动态轨道状态几何参数的主要工具之一。
分析用的轨检数据是在2009年2月至2011年10月期间内采用CRH2-010A综合检测列车和0号综合检测列车，对胶济客运专线上行k243+000～k250+700试验段，以0.25m作为采样间隔采集所得。每10天检查1遍，并剔除检测系统的干扰。捡测数据包括路轨道质量指数（TQI）及单项标准差等，本文主要对单项指数和TQI进行分析和评价。
3 数据分析
在列车重复荷载的作用下，轨道质量状态随着时间的发展而逐渐恶化，当轨道状态恶化到一定程度时，工务部门就会对其进行养护维修，此时轨道状态又会恢复到一个新的水平，周而复始。胶济客运专线自开通以来，经历了许多次大机维修作业。下面分别对一个维修周期内和维修前后的轨道检测数据进行分析，得到轨道质量状态在运营和维修条件下轨道质量状态的发展过程。
3.1 维修周期内单项不平顺指数的变化 通过对单个维修周期内高低、轨向、轨距、水平和三角坑五个单项不平顺指数随时间变化的曲线图可以看出，高低指数从1.5左右开始，随时间的发展呈上下不规则波动，有上升趋势；轨向指数由1.2左右开始呈上下不规则波动，有上升趋势；轨距指数保持在0.5左右，随时间没有太大变化；水平指数从0.6左右开始，呈明显波动上升趋势；三角坑指数从0.8左右开始，随时间呈明显波动上升趋势。分析可知，在轨道逐渐恶化的过程中，轨距对轨道质量状态的影响较小，高低、轨向、水平和三角坑是轨道质量状态恶化的主要因素，在不规则波动的前提下持续恶化。（图1、图2）
3.2 维修周期内TQI指数的变化 由一个维修周期内TQI指数随时间变化的曲线图可以看出，经历过大机维修，TQI值恢复到4和5之间，满足大机维修作业的标准；在随后的时间里TQI指数在上下波动的同时逐渐增大，显示出有砟轨道质量状态的发展规律。通过对TQI数据变化曲线进行线性拟合可以看出，TQI值随时间的变化呈现出线性增长的趋势。（图3、图4）
3.3 大机维修前后的轨道质量状态变化 当轨道质量状态恶化到一定程度时，铁路局就会组织大机维修作业，用以消除复杂动力作用下轨道结构积累的塑性变形，给列车提供一个平顺、稳定的运行条件。图5是从2009年3月4日至2010年6月23日期间内TQI指数的变化图。在此期间，轨道结构经历了两次大机维修作业，轨道质量均有所改善。第一次大机维修作业前后TQI指数由5.09降低到4.44，轨道质量改善量为0.65。第二次作业前后TQI由5.04降低到4.67，轨道质量改善量为0.37。图6是自2011年1月26日至2011年8月29日期间内TQI指数的变化图，轨道结构在5月到7月之间经历了一次大机维修，TQI指数由7.09降低至4.37，改善量为2.72。
2009年3月至2010年6月9个月的时间内经历了两次大机维修作业，维修间隔为2个月左右，而且两次作业之前的TQI指数均为5左右，轨道状态改善量均不足1，说明这段期间内大机维修作业过于频繁，可适当降低大机修的频率，减少对轨道结构的扰动。2010年5月至2011年8月期间15个月的时间里进行了一次大机维修作业，作业前TQI指数为7.09（管理值为8），轨道状态改善量达到2.72，说明大机维修作业时间安排合理。
可见，胶济客运专线大机作业之后轨道质量TQI指数可以降低到4.5左右，维修之前的轨道状态对其无太大影响。TQI指数增长到7左右时安排大机维修作业较为合理，可以延长维修周期，降低维修成本，并减少对轨道结构的扰动。
4 结论
经过对胶济客运专线k243+000～k250+700区段2009年2月至2011年10月的轨检数据进行分析研究，得出如下结论：
①五个单项指数中，轨距对轨道质量状态的影响较小，高低、轨向、水平和三角坑的影响相对较大并呈现波动式增长。②维修周期内轨道TQI指数的发展规律为上下波动的同时逐渐增大，并呈现出线性增长的趋势。③大机维修作业后轨道TQI指数可以降低到4.5左右，维修之前的轨道质量状态对其无太大影响。④TQI指数增长至7左右时安排大机维修作业较为合理。
参考文献：
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篇8
1国内外铁路客车及其空调系统的发展
中国铁路拥有十分辉煌的过去。然而，随着中国航空业的重组和大量高速公路的修建，航空运输和长途公路运输开始兴起，到1996年，中国的公路客运量甚至超过了铁路客运量。从1997年开始，中国铁路开始进行全国性的铁路提速。此后中国铁路经过了几次提速，到2003年客车最高运行时速已经达到了200公里以上。[1]
在国外，高速铁路客车发展非常迅猛。例如，法国的高速铁路技术是一种比较成熟的技术，高速铁路（TGV）(TrainaGrandeVitesse法文超高速列车之意)已达到每小时513公里的实验速度。而日本也正在开发"21世纪之星"高速列车，这种列车除时速达350公里的超高速外，在性能上较以往有大幅度的提高，还具有乘坐舒适和车内安静的特点[2]。德国将磁悬浮列车作为未来的新型交通工具，几年内这种列车最高时速将达到400公里。
国内外高速铁路客车的发展告诉我们，铁路即将进入一个高速时代。为适应铁路高速化的要求，必须对现有的空调系统进行改进或提出新的空调理念。
2铁路高速化对客车空调装置提出的挑战
与普通空调客车相比，高速空调客车无论是速度还是设计结构都有较大区别，因此只有针对高速客车的实际情况设计研制适宜的空气调节系统，才能保证客车内达到所要求的空气参数和空气品质，为旅客提供舒适的旅行环境。
针对高速客车的运行特点对其空调系统提出了如下要求：
1）空调设备的安装位置要求降低
高速客车由于其速度快（一般都在200km/h以上），为了保证行车的安全并且为了提高运行的平稳性，其辅助设备（包括空调系统）及车体重心位置必须降低，以利于整车重心的降低。
2）空调系统的运转部件要求少
高速客车由于其停站间隔长，同时维护正常运营的人员少，因此必须保证其空气调节系统具有较高的稳定性和可靠性，这就要求高速客车空气调节系统的运转部件尽可能减少，以降低事故率，易于维护管理。
3）空调装置的安装空间要求小
高速客车由于其独特的设计结构（车体一般采用流线型优化设计），给其空气调节系统设备预留的安装空间较小，因此，只有针对其预留空间的结构特点设计研制合适的空气调节系统，才能满足车内的空气参数设计要求。
4）空调系统的运行品质要求高
高速客车由于其速度快，车厢的气密性高，车内人员较密集，同时客车运行时间比较长，因此对车内的空气品质要求高，否则旅客极易产生疲劳、恶心、乏力等不适症状。
5）空调系统的调节性能要求好
高速客车中一般都将整个车厢分割为若干个小包间，要求每个包间内都能够方便的单独调节每个包间内的空气参数，而且由于客车经过的地域室外参数差别较大，这就要求其空气调节系统的调节性能好，以利于适应不同的工况要求。
6）空调系统的工作条件差
高速客车空调系统的空气处理装置置于野外高速行驶的运动载体上，经常处于不稳定的环境条件下工作，列车本身的振动和与车轨的撞击会给其空调系统的运行带来很大的负面影响。
综合以上条件可以看出，高速客车对空调系统有较高的要求，因此，必须针对高速客车实际的运行工作条件研制设计相应的空气调节系统。针对高速铁路客车对空调系统的新的、更高的要求，本文提出了诱导空调系统在高速客车上应用。
3全空气诱导空调系统在高速客车上的应用分析
按照诱导器内是否设置盘管，诱导空调系统可以分为两种类别：“空气－水”诱导器系统和全空气诱导器系统。“空气－水”诱导器系统的一部分夏季室内冷负荷由空气负担，另一部分由水（通过二次盘管加热或冷却二次风）负担。但是由于此种系统内部结构较复杂，一旦损坏维修量大，且占用空间大，同时需要一套单独的水系统，所以不适于高速客车的要求。在高速客车上采用的是另一种诱导空调系统——全空气诱导空调系统。
采用全空气诱导空调系统时，车内所需的冷负荷全部由空气（一次风）负担。这种诱导器不带二次冷却盘管，实际是一个特殊的送风装置，能够诱导一定数量的室内空气，达到增加送风量和减少送风温差的作用，有时也可以在诱导器内部装置电加热器以适应室内负荷变动的需要。
全空气诱导空调系统在客车上工作过程是：一次风（车外空气经过处理由风机送入车内）进入到诱导器的静压箱，经喷嘴高速喷出。由于高速喷射气流的引射作用使得车内的空气（二次风）被诱导到诱导器中，在混合箱中与一次风充分混合，然后经出风口送入到车内[3]。
全空气诱导空调系统特别适用于高速客车，与高速客车对空调系统的特殊要求相对照可以看出，全空气诱导空调系统具有以下优点：
节省车厢内的空间
高速客车由于其独特的设计结构，对于空间要求极为严格，空调占用的车厢空间应尽可能的小。由于诱导器系统空气处理设备的送风量仅为一次风量，因而风量小，使得系统处理设备及风道截面也较小，与以往的集中式空调系统相比，较好的解决了风道安装空间狭小的矛盾。且诱导器在车内布置灵活，能适应各种车型的需要。
2）提高车厢内的空气品质及人体的舒适性
由于高速客车密闭性高，运行时间长，所以对车厢内的舒适性及空气品质要求较高。而全空气诱导空调系统送风温差较小，送风量大，新风量充足，人体的舒适感和室内的空气品质较高。另外，在软硬座客车中，常用的顶送风空调系统气流直接吹向旅客头部，这样，在冬季会使旅客感觉头晕、不适，而夏季冷风先吹头部也容易使人感冒。而诱导器通常安装在客车车窗下部，不会对人体直吹，而且从送风口出来的气流沿车窗贴附流动到车顶部，在横断面方向形成环流，使旅客居留区处于空气的回流区内，大大提高了舒适度；并且由于新风量大，人体的舒适感也会明显提高。而对于软硬卧客车来讲，由于一般是两层或三层卧铺，车内空间有限，如采用大风道通风系统，冷风会直接从顶部吹到上铺旅客身上，人体的舒适感较差；而采用全空气诱导空调系统，风道布置于车厢下部，而诱导器布置于车窗下部，不会造成直吹，这样会大大提高车厢内人体的舒适度。
系统的稳定性与可靠性高
高速客车由于停站间隔较长，且由于列车高速行驶，工作条件恶劣，要求空调的稳定性与可靠性较高。诱导器空调系统的运转部件远远少于其他空调系统，这对于稳定性与可靠性都要求很高的高速列车来讲无疑是一个很大的优势；而且由于系统需要处理的风量变少了，这样，空气处理设备的使用寿命会大大提高，同时也就降低了空气处理设备的损坏率，为高速列车在恶劣工作环境下正常运行提供了保证。
4）设备安装位置低
高速客车由于速度快，为了保证车身平稳及运行安全，要求车体的重心尽可能低。相比于顶置式空调系统来说，全空气诱导空调系统采用下部送风，空调机组可以安装在车下，且诱导器安装于车厢下部，从而降低了车体重心。
5）系统适用范围大，并可以单独调节
铁路客车由于经过的区域范围大，外部环境差别非常明显，因此要求空调系统能根据情况，及时调整。诱导空调系统可以在诱导器内装置电加热器以适应车内负荷变化的需要。当车内负荷变化时，可以通过开启电加热装置进行适应调整，使得系统的工况调节范围变大，更好的保证车内空气参数。同时，在每个诱导器入口处可以设置锥形调节阀，以实现包间内系统的单独调节[4]。
6）诱导器通常安装于车窗下部，这样，冬季由于热风首先接触玻璃窗，可以解决窗口由于温度低而产生凝结水和结霜问题。
综上所述可以看出，诱导空调系统是一种非常适用于高速铁路客车的空调形式，但是，其也存在着一些缺点需要进行改进。
4高速铁路客车诱导空调系统的改进
4.1诱导空调系统存在的缺点
虽然全空气诱导空调系统非常适合于高速铁路客车的要求，但是它还存在着以下缺点需要加以改进：
新风比大，风机压头高，致使系统的能量消耗大。
系统的噪声较大，会造成噪声污染，影响车内的舒适度。
春秋过渡季节无法充分利用室外新风，系统冷量消耗大。
4.2诱导空调系统的改进措施
针对以上存在的缺点，可以采用以下措施加以克服：
集中排风，设置能量回收装置
根据文献[5]，可以设置集中排风装置，并在排风与新风管道系统设置全热交换器，以利于回收排风冷量，降低系统能量消耗。
采取消声措施，降低系统噪声
为了降低系统噪声，在风机的出口管路设置消声静压箱，以降低风机噪声；在诱导器内部的静压箱内壁以及混合箱内壁贴高频吸声材料，以消除喷射噪声。由于诱导器噪声主要是由于喷嘴气流速度太大而引起噪声，因此可以通过增加喷嘴数量，增大喷嘴面积，降低喷嘴的气流速度来降低喷嘴喷射噪声。
设置旁通风道，充分利用自然冷量
为了在春秋季节充分利用室外新风，可以在空调包间的送风支管上设置旁通风道，使过渡季节的室外新风不经过静压箱和喷嘴而直接进入室内，这样，既节约了冷量，又提高了空气品质。
5结语
本文对诱导器的基本原理及特点进行了简单介绍，针对高速铁路客车进行了全空气诱导空调系统的适用性分析，并对其某些缺点采取了改进措施。诱导空调系统在高速列车上的应用目前在国内尚无研究，而在国外已经进行了多项研究并部分投入使用。随着我国高速铁路客车的发展，诱导空调系统由于其对高速客车的良好适用性定将渐受重视。
参考文献：
1俞展猷.国外高速列车发展简述与我国提速列车试验的回顾,铁道机车车辆,1999,(3):1~6
2郭荣生.国外高速旅客列车发展概况，国外铁道车辆，1991,(1):7~11
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近年来，伴随着国家综合国力的全面提升，我国高速铁路建设取得历史性跨越，进入全面建设时期。无砟轨道作为一种稳定性高、轨道刚度均匀、具有较强的结构耐久性、容易维护、可降低桥梁二期恒载、减少隧道净空开挖、综合效益高的轨道结构形式，因此，对无砟轨道施工技术进行研究是很有必要的。
2. 无砟轨道施工技术难点
与普通铁路有砟轨道相比，高速铁路无砟轨道系统的施工工艺更为复杂，技术含量更高，其难点主要体现在以下五个方面：
（1）轨道基础地基沉降变形规律难以控制。无砟轨道整体形态是通过扣件系统进行维持，因此，必须采取技术经济合理的处理措施保证轨道地基的稳定性。
（2）精密测量技术。传统的测量技术已经无法满足高速铁路无砟轨道系统的施工建设需求，需要采用高精度的现代工程测量方法来保证保证无柞轨道线路平顺性。
（3）轨道平顺度控制。高速铁路与普通有砟铁路的最显著区别是需要一次性建成可靠、稳固的轨道基础工程和高平顺性的轨道结构。轨道的高平顺性是实现列车高速运行的最基本条件。
（4）无砟道岔施工。道岔区无砟轨道施工应严格按相关规程进行，在保证无砟轨道的道岔间无缝的同时还要注意与不同区间、不同标段间无缝线路施工相互协调。
3. 无砟轨道施工关键技术
3.1 无砟轨道测量
无砟轨道施工阶段测量主要包括三个内容：线下施工测量、无砟轨道铺设测量以及竣工测量。线下施工阶段测量主要工作是控制网的复测和控制网加密；对于无砟轨道铺设阶段测量，关键工作就是CPⅢ控制网的布设，平面测量要求满足五等导线精度，线路起闭于CPⅠ或CPⅡ控制点。导线长度不超过2km，点间距150～200m之间，距线路中线3～4m，需要再线下施工完成后无砟轨道铺设前进行施测，控制点需要用钢筋混凝土包桩，以保证其精度不受环境影响。高程测量采用起闭于二等水准点的精密水准测量施测，水准线路不超过2km。竣工阶段测量主要是维护基桩测量和轨道几何形状测量。
3.2 水硬性混凝土支承层铺设
水硬性混凝土应按设计方案配比，集中拌合，用运输车运输、倾倒。摊铺时沿测定位桩拉线，控制摊铺机走行方向；注意控制并调整摊铺机的碾压力、集料投料速度等工艺参数；同时及时拉线检查支承层的顶面高程。在支承层水硬性混凝土摊铺完毕12小时内，用锯缝机在支承层表面锯切间距5m深度l0cm的伸缩缝；同时修整支承层边缘轮廓尺寸。最后在支撑层上覆盖保湿棉垫，在保证混凝土上表面湿润，且不受阳光直射和风吹的前提下覆盖养生3天。
3.3 轨道安装定位
轨道安装定位的主要工序依次分别为首先铺设轨枕、安装工具轨然后进行轨道调整定位再进行轨道电路参数检查最后轨道精确调整和固定。施工时，一般100m为一个施工单元组织施工。
3.3.1 铺设轨枕、安装工具轨
轨枕铺设使用散枕机施工。散枕机通过挖掘机特殊改装而成，挖掘机上安装专用液压轨枕夹钳，进行轨枕的吊装、并按照正确的轨枕问距直接将轨枕摆放到位。
3.3.2 轨道调整定位
轨道调整定位施工采用专用支撑架、双向调整轴架完成，支撑架间隔2.5m设置，双向调整轴架每隔3根轨枕对称设置，双向调整轴架基座预先安装在钢轨底面。
支撑架内安装宅钢轨夹钳和竖直调整装置。首先使用水准仪测量轨道面高程，起落竖直调整装置，使轨顶标高满足设计值。允许误差为±10mm；用扳手上紧双向调整轴架的竖直螺栓。螺栓端头与垫板顶死、受力。
在每一组双向调整轴架基座间安装传力杆后，用扳手旋转传力杆，逐点调整轨道至设计中线位置．容许偏差为±5mm，并用全站仪精确测量复核。轨道调整定位合格后，在细调定位支座的预埋位置钻孔，安装定位支座。
3.3.3 轨道精确调整和固定
轨道精确调整在道床板混凝土浇筑前l.5～2小时前进行。按照细调定位支座位置划分检测断面，使用轨检小车和全站仪逐一检测每一个检测断面线路的水平、高低、轨向等几何形位和中线位置。根据轨检小车输出的检测数据确定检测断面处轨道精确调整的量值。
用扳手微动调整双向调整轴架的竖直螺栓丝杆，调整线路的几何行位，直至满足设计要求。在细调定位支座上安装螺旋调整器，旋转调整手柄，使调整刻度达到调整量值．确认轨道中线位置调整到位。将“U”形卡板插入细调定位支座内卡紧，然后将卡板与轨枕的钢筋桁架焊牢，完成轨道固定。
3.4 道床板混凝土浇筑
混凝土入模后，立即插入振动棒振捣。对轨枕底部位置混凝土要加强振捣，确保混凝土的密实性；捣固时防止振动棒触碰双向调整轴架的竖直螺栓和其它固定装置。道床板混凝土表面用平板式振动器振平并以人工抹平，确保道床板的顶面高程、平整度和排水坡度符合设训标准。同一配比每班次应制作5组试件。
道床板馄凝土浇筑2～5小时后，松开双向调整轴架的竖直螺栓和其它固定装置。混凝土灌注完成后应立即进行表面覆盖。混凝土终凝后喷洒养护剂养护14天左右，防止其表面产生裂纹。双向调整轴架的竖直螺栓取出后，遗留的螺栓孔应采用高标号的砂浆封堵。
4. 结语
我国高速铁路已进行了多年的技术准备，研究和攻克了不少重大难题，但无砟轨道施工技术对于我国铁路建设来说仍然是一个既复杂又新颖的课题，在建设中仍有许多问题值得研讨。本论文主要分析了高速铁路无砟轨道施工的技术难点和施工中的关键技术，期望能对高速铁路无砟轨道施工提供有益的参考。
参考文献
[1] 何华武. 无砟轨道技术[M]. 北京：中国铁道出版社，2005.
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中图分类号:U448.21+5
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2009)07-0191-03
1工程概况
本论文以某高墩大跨预应力混凝土连续-刚构组合梁桥为研究对象。该桥主桥为72m+3×128m+72m预应力混凝土刚构-连续梁组合体系,梁体为单箱单室变高度、变截面箱梁,梁高4.4~8.8m,梁体下缘除中跨中部34m和边跨端部各25.7m为4.4m等高直线段外,其余为圆曲线,箱梁顶板宽8.1m,箱宽6.1m 。该桥主墩采用钢筋混凝土横向圆弧端形空心墩,在底部设置5m高的实体段。墩身顶部外壁顺桥向宽8m,采用1:0直坡。横桥向宽7.1m,外边坡:8#墩除墩顶9.172m内为直坡外,其余坡度为20:1,9#~11#采用双坡,梁底以下70m坡度为20:1,70m以下坡度为5:1,墩顶纵向壁厚为1.1m,内边坡为1:0直坡横向壁厚为1.2m,横向内边坡为60:1。墩的高度:H7=61 m,H8=70m,H9=94.5m,H10=107m,H11=103m,H12=51m。属于典型的高墩连续刚构桥。结构示意图见图1。
2列车-桥梁时变系统空间振动分析模型
2.1车辆(包括机车)空间振动分析模型
机车、车辆空间振动分析中,假定车体空间振动有:侧摆、侧滚、摇头、点头、浮沉等5个自由度;每个构架有侧摆、侧滚、摇头、浮沉等4个自由度;每个轮对有侧摆,浮沉等2个自由度。每辆车(包括机车)共有21个自由度[2](见图2所示)。
2.2 桥梁空间振动分析模型
对主梁采用梁段有限元法建模,对桥墩采用空间梁元建模,桩基础采用刚度等效理论直接等效为墩底刚度,弹性模量E和泊桑比μ按现行桥规取值。桥梁有限单元划分示意图见图3。分析模型确定后,就可由动力学势能驻值原理及形成矩阵的“对号入座”法则,建立桥梁刚度、质量、阻尼等矩阵。
3车桥时变系统空间振动方程的建立[4-6]
将桥上列车与桥梁视为整体系统。考虑各车辆与桥梁空间振动位移的相互关系,计算任一时刻t的桥上列车及桥梁空间振动的弹性总势能。按弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则,建立t时刻此系统空间振动的矩阵方程及荷载列阵{P},得出t时刻车桥系统空间振动的矩阵方程
(1)
方程(1)中荷载列阵{P}仅由列车重力构成,还不能根据它解出车桥系统的空间振动响应。必须以实测的构架蛇行波或构架人工蛇行波和轨道竖向几何不平顺函数代替矩阵方程(1)左边的对应振动参数,才能解出此系统在列车重力与列车走行共同作用下的空间振动响应。详细演引过程见文献[2]。
4自振频率的计算
桥梁的自振频率反映了桥梁的刚度及桥梁的动力特性,它对桥梁在动荷载作用下的动力响应有着根本的影响,是桥梁进行动力设计时必须考虑的重要参数。因此,正确计算桥梁的自振特性是解决桥梁横向刚度问题的关键之一,见表1。
5列车走行性分析
对旅客列车采用常规编组,即:对DF11旅客列车采用1辆DF11内燃机车牵引18辆准高速客车进行计算;对SS8旅客列车采用首尾各1辆SS8电力机车牵引12辆准高速客车进行计算;对货物列车而言,按至少布满中跨进行计算,本文暂取编组工况为1辆DF4内燃机车牵引20辆C62货车。线路不平顺当车速不超过140km/h即对C62货物列车和DF11旅客列车暂采用美国五级谱模拟轨道不平顺进行计算,当车速为160km/h以上即对SS8旅客列车暂采用郑武线实侧轨道不平顺进行计算,各类工况的车桥系统空间振动响应详细计算结果见表2~5,评价结果见表6。
从计算结果可以看出:
1)当货车以车速50~80km/h、DF11客车以车速80~140km/h、SS8客车以车速160~200km/h通过桥梁时,桥梁及列车的加速度响应均在容许值以内,列车行车的安全性指标(脱轨系数≤0.8,轮重减载率≤0.6)均满足要求,故列车行车的安全性有保证。
2)当货车以车速50~80km/h通过桥梁时:机车司机台处横向、竖向舒适度指标均达到“良好”及以上标准。车辆竖向平稳性指标均达到“良好”及以上标准;车辆横向平稳性指标均达到“良好”及以上标准。
3)当DF11客车以车速80~140km/h通过桥梁时,机车司机台处横向、竖向舒适度指标均达到“良好”及以上标准,客车各车辆横向、竖向舒适度指标也均达到“良好”及以上标准。
4)当SS8客车以车速160~200km/h通过桥梁时,机车司机台处横向、竖向舒适度指标均达到“良好”及以上标准,客车各车辆横向、竖向舒适度指标也均达到“良好”及以上标准。
6结论
6.1横桥向弯曲振动基频的计算值大于《铁道桥梁检定规范》对预应力钢筋混凝土简支梁横桥向基频f≥90/L=0.703IHz的规定;基本周期T满足铁道部建鉴(1992)93号文“关于南昆线四座大桥横向刚度的补充技术要求”关于基本周期T
2)列车行驶过桥时,桥梁的振幅和振动形式,与列车的编组状况及列车的行驶速度有关,具有较强的随机性,全桥横向振幅的计算结果最大值出现在边墩上。
3)根据《铁道桥梁检定规范》(1978)对预应力钢筋混凝土梁跨中横桥向振幅Amax≤L/16.5的规定,对于128m跨跨中横桥向振幅Amax≥L/16.5=7.76mm的规定。
4)通过计算结果可以看出,对高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥而言,最大响应并不一定出现在最高墩处,也不一定出现在全桥跨中,而边墩或边跨出现最大响应的可能性非常大。因此,在高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥设计中对边墩的考虑应予以足够重视。
5)该桥对本文所分析的工况而言均具有足够的横、竖向刚度;列车行车的安全性与舒适性良好。
参考文献:
[1] 张师岸.李子沟特大桥施工阶段抗风设计[N]. 铁道标准设计,2003(7).
[2] 曾庆元,郭向荣著.列车桥梁时变系统振动分析理论与应用[M].北京,中国铁道出版社,1999-08.
[3] 曾庆元,杨平.形成矩阵的“对号入座”法则与桁段有限元法[N]. 铁道学报,1986(02).
篇11
关键词：
铁路基础设施；监测；振动传感器；数据采集
0.引言
进入21世纪以来，我国铁路建设发展迅猛，取得了良好的经济与社会效益。随着铁路运输速度的迅速提升，再加上其相对方便舒适的环境和价格上的优势，势必能吸引越来越多的人选择铁路作为他们旅行的交通工具，然而，伴随着铁路运输的飞速发展给人们带来的交通上的快捷与方便，车体与铁轨的振动故障对公共财产及人身安全构成了前所未有的威胁。伴随着我国铁路立体跨越式的迅猛发展，轮轨间激扰力与激扰频率随着车辆行驶速度的不断提高，逐渐增大，变宽，结果会造成电机等吊挂设备和车内设备的高频高幅振动，引起车体设备振动能量的急速加剧。如果超过了铁路各设备所允许的振动强度范围，未来的工作性能指标及使用寿命将会受到过大的动态载荷和噪声的严重影响，情况越发严重会导致零部件的早期失效。当前大量事实表明，在长期作用的情况下，铁路振动故障可能会导致货物破损，轨道破坏，列车脱轨等危险情况。为确保铁路“安全、经济、快捷、舒适”的特点和优势，铁路建设要不断发展完善其各项功能，才能在越发激烈的市场竞争中取得优势，因此，各国都加强了对铁路振动的检测及分析，也增加了对其的投入力度。今年我国对铁路振动检测领域的人力物力投入有明显增加，并且研究范围扩展到众多方面。以往铁路振动检测系统只配备在一些重要单位或者要害部门，而在2000年以后，各个铁路站段及各个振动检测站点基本都已经涉及发展应用到。铁路振动检测系统的重要性越来越被人们所认可，近些年又不断完善各项相应的标准和规范。为了保证铁路的运输安全、高效舒适的科学发展及以人为本的发展要求，确保铁路的优势和特点，如何准确检测高速铁路的振动并判断故障是摆在铁路工作者面前不容缓的实际问题。
1.数据采集系统设计方案
本论文用于铁路基础设施监测的振动传感器数据采集系统主要由下位机系统和上位机节点两个大的部分组成。系统设计方案的结构框图下位机系统里包含了振动传感器数据采集模块、IIC实时数据传输模块、微处理器模块和电源模块五个单元。振动传感器把接收到的振动信号数字化，通过IIC数字传输方式，将数据发送给微处理器STM32F103ZET6。微处理器作为控制单元，用于接收振动传感器数据并进行数据处理分析计算，通过RS-232串口通信，运用MAX3232电平转换芯片及CH340RS-232串口转USB芯片，实现了XYZ三轴振动数值发送到上位机进行控制显示。因为目前个人电脑上已很少有串口，所以我们使用RS-232串口转USB口芯片CH340G，数据可以从USB口进入PC上位机。由于每一个节点的检测范围有限，使用多个这样的节点共同检测则可以扩大系统的监测范围，提高系统的整体工作性能。整个铁路振动检测系统是由多个下位机节点互相协作共同完成系统功能的。
2.系统硬件设计
2.1系统硬件设计思想
本论文的铁路振动检测系统是由振动传感器数据采集模块，IIC实时数据传输模块，微处理器模块以及RS-232有线通信模块和电源模块组成。振动传感器数据采集模块对铁路振动的振动数据信号进行实时采集，将采集到的数据数字化，并通过IIC实时数据传输方式与单片机处理器通信，接着单片机处理器模块将采集的数据进行数据处理分析，通过有线通信模块上传到上位机进行实时显示及存储，为铁路振动故障的判断提供合理依据。微处理器中有数据处理分析算法的设计，完成对采集到的实时振动信号进行数据处理分析，判断当前得到的振动数据是否在铁路设备所能产生的振动范围之内并对数据进行干扰点剔除，去直流及多项式趋势项和平滑处理，计算出与自然坐标系夹角的角度，使整个铁路振动检测系统的性能与数据准确性得到大幅度提高，很大程度上降低了系统的错误上报率。
2.2系统介绍
系统硬件部分可以分为五个部分：振动传感器数据采集模块、IIC实时数据传输模块、微处理器模块、RS-232有线通信模块和电源模块。数据采集模块：由单片机处理器模块发出相应的控制指令配置振动传感器的控制寄存器，内部控制寄存器来决定信号的采集速度、通信方式、数据输出格式与带宽，振动传感器根据内部控制寄存器的值按要求采集振动信号。实时数据传输模块：振动传感器采集的实时数据通过IIC传输方式，将数据发送给处理器，为之后的数据处理分析奠定了基础。微处理器模块：主要工作是通过系统软件控制数据采集模块完成振动数据信号的采集，并对数据进行处理分析，然后控制RS-232有线通信模块将处理完成的数据上传至PC上位机进行显示及存储。该模块是振动传感器数据采集模块和RS-232有线通信模块进行联系的核心部分。RS-232有线通信模块：将微处理器模块处理完毕的数据，通过RS-232串口通信的方式传递给上位机，上位机会自动显示及存储数据，供振动故障的判断使用。电源模块：通过该模块，将5V外部直流电源转换成系统所使用的3.3V电源。
结论
本论文设计了一套铁路振动检测系统，该系统采用下位机整体检测模块PC上位机整体控制数据流向，并对上传的检测数据进行显示保存。从与传统检测方法的比较来看，它能够更加高效、深入、细致的对铁路振动信号进行检测、处理分析及显示存储，并为铁路振动故障的判断提供可靠依据。
作者：鲁楠 唐岚 廖若冰 朱加豪 单位：西华大学汽车与交通学院 西华大学西华学院
参考文献
[1]冯晓芳.中国高速铁路的发展与展望[J].科技资讯，2009（1）：129-130.
[2]段合朋.铁道车辆振动特性及平稳性研究[D].成都：西南交通大学，2010.
篇12
中图分类号：TN919 文献标识码：A
0.引言
进入21世纪以来，我国铁路建设发展迅猛，取得了良好的经济与社会效益。随着铁路运输速度的迅速提升，再加上其相对方便舒适的环境和价格上的优势，势必能吸引越来越多的人选择铁路作为他们旅行的交通工具，然而，伴随着铁路运输的飞速发展给人们带来的交通上的快捷与方便，车体与铁轨的振动故障对公共财产及人身安全构成了前所未有的威胁。
伴随着我国铁路立体跨越式的迅猛发展，轮轨间激扰力与激扰频率随着车辆行驶速度的不断提高，逐渐增大，变宽，结果会造成电机等吊挂设备和车内设备的高频高幅振动，引起车体设备振动能量的急速加剧。如果超过了铁路各设备所允许的振动强度范围，未来的工作性能指标及使用寿命将会受到过大的动态载荷和噪声的严重影响，情况越发严重会导致零部件的早期失效。当前大量事实表明，在长期作用的情况下，铁路振动故障可能会导致货物破损，轨道破坏，列车脱轨等危险情况。为确保铁路“安全、经济、快捷、舒适”的特点和优势，铁路建设要不断发展完善其各项功能，才能在越发激烈的市场竞争中取得优势，因此，各国都加强了对铁路振动的检测及分析，也增加了对其的投入力度。
今年我国对铁路振动检测领域的人力物力投入有明显增加，并且研究范围扩展到众多方面。以往铁路振动检测系统只配备在一些重要单位或者要害部门，而在2000年以后，各个铁路站段及各个振动检测站点基本都已经涉及发展应用到。铁路振动检测系统的重要性越来越被人们所认可，近些年又不断完善各项相应的标准和规范。为了保证铁路的运输安全、高效舒适的科学发展及以人为本的发展要求，确保铁路的优势和特点，如何准确检测高速铁路的振动并判断故障是摆在铁路工作者面前不容缓的实际问题。
1.数据采集系统设计方案
如图1所示，本论文用于铁路基础设施监测的振动传感器数据采集系统主要由下位机系统和上位机节点两个大的部分组成。系统设计方案的结构框图下位机系统里包含了振动传感器数据采集模块、IIC实时数据传输模块、微处理器模块和电源模块五个单元。
振动传感器把接收到的振动信号数字化，通过IIC数字传输方式，将数据发送给微处理器STM32F103ZET6。微处理器作为控制单元，用于接收振动传感器数据并进行数据处理分析计算，通过RS-232串口通信，运用MAX3232电平转换芯片及CH340 RS-232串口转USB芯片，实现了XYZ三轴振动数值发送到上位机进行控制显示。因为目前个人电脑上已很少有串口，所以我们使用RS-232串口转USB口芯片CH340G，数据可以从USB口进入PC上位机。由于每一个节点的检测范围有限，使用多个这样的节点共同检测则可以扩大系统的监测范围，提高系统的整体工作性能。整个铁路振动检测系统是由多个下位机节点互相协作共同完成系统功能的。
2.系统硬件设计
2.1 系统硬件设计思想
本论文的铁路振动检测系统是由振动传感器数据采集模块，IIC实时数据传输模块，微处理器模块以及RS-232有线通信模块和电源模块组成。
振动传感器数据采集模块对铁路振动的振动数据信号进行实时采集，将采集到的数据数字化，并通过IIC实时数据传输方式与单片机处理器通信，接着单片机处理器模块将采集的数据进行数据处理分析，通过有线通信模块上传到上位机进行实时显示及存储，为铁路振动故障的判断提供合理依据。
微处理器中有数据处理分析算法的设计，完成对采集到的实时振动信号进行数据处理分析，判断当前得到的振动数据是否在铁路设备所能产生的振动范围之内并对数据进行干扰点剔除，去直流及多项式趋势项和平滑处理，计算出与自然坐标系夹角的角度，使整个铁路振动检测系统的性能与数据准确性得到大幅度提高，很大程度上降低了系统的错误上报率。
2.2 系统介绍
如图2所示，系y硬件部分可以分为五个部分：振动传感器数据采集模块、IIC实时数据传输模块、微处理器模块、RS-232有线通信模块和电源模块。
数据采集模块：由单片机处理器模块发出相应的控制指令配置振动传感器的控制寄存器，内部控制寄存器来决定信号的采集速度、通信方式、数据输出格式与带宽，振动传感器根据内部控制寄存器的值按要求采集振动信号。
实时数据传输模块：振动传感器采集的实时数据通过IIC传输方式，将数据发送给处理器，为之后的数据处理分析奠定了基础。
微处理器模块：主要工作是通过系统软件控制数据采集模块完成振动数据信号的采集，并对数据进行处理分析，然后控制RS-232有线通信模块将处理完成的数据上传至PC上位机进行显示及存储。该模块是振动传感器数据采集模块和RS-232有线通信模块进行联系的核心部分。
RS-232有线通信模块：将微处理器模块处理完毕的数据，通过RS-232串口通信的方式传递给上位机，上位机会自动显示及存储数据，供振动故障的判断使用。
电源模块：通过该模块，将5V外部直流电源转换成系统所使用的3.3V电源。
结论
本论文设计了一套铁路振动检测系统，该系统采用下位机整体检测模块PC上位机整体控制数据流向，并对上传的检测数据进行显示保存。从与传统检测方法的比较来看，它能够更加高效、深入、细致的对铁路振动信号进行检测、处理分析及显示存储，并为铁路振动故障的判断提供可靠依据。
参考文献
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